Чтобы преодолеть эти ограничения, команду в Институте Wyss Биологически Вдохновленной Разработки во главе с ее Директором-основателем, Дональдом Ингбером, Доктор медицины, доктор философии, ранее спроектировал микрожидкого «Оргэна на Чипе» (Оргэн Чип) устройство культуры, в котором клетки от человеческой клеточной линии кишечника, первоначально изолированной от опухоли, были культивированы в одном из двух параллельных бегущих каналов, отделенных пористой покрытой матрицей мембраной от человека полученные из кровеносного сосуда эндотелиальные клетки в смежном канале. Хотя этот человек Гут Чип воссоздал эпителий ворсинки нормального кишечника и позволил новое понимание того, как поток и циклическая перистальтика затрагивают дифференцирование кишечника и функцию, это не могло использоваться, чтобы изучить процессы, которые полагались на нормальные клетки кишечника от отдельных дарителей, который, например, крайне важен для изучения определенных для пациента ответов для персонализированной медицины.В новом исследовании, опубликованном в Научных Отчетах, команда Ингбера теперь удаляет эти контрольно-пропускные пункты. «Мы теперь в состоянии усилить подход organoid, чтобы изолировать стволовые клетки кишечника от человеческих биопсий, но мы разбиваем organoids и культуру определенные для пациента клетки в нашем Жареном картофеле Органа, где они спонтанно формируют ворсинки кишечника, ориентированные к люмену канала и эпителию в близком приложении к человеческому капиллярному эндотелию кишечника», сказал Ингбер, который является также профессором Джуды Фолкмена Сосудистой Биологии в Harvard Medical School (HMS) и Сосудистой Программы Биологии в Бостоне Детская Больница, а также профессор Биоинженерии в Школе Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ). «Этот подход представляет новую стартовую площадку для расследования нормальных и связанных с болезнью процессов очень персонализированным способом, включая транспорт питательных веществ, вываривания, различных расстройств кишечника и взаимодействий кишечника с комменсальными микробами, а также болезнетворными микроорганизмами».Команда сотрудничала с лабораторией Дэвида Брео в Бостоне Детская Больница, чтобы встроить organoid шаг культуры в их процедуру, чтобы изолировать нормальные стволовые клетки кишечника и увеличить их числа клетки.
Получающийся organoids мог или быть окружен валом для будущего использования или немедленно фрагментирован и отобран в «эпителиальные» каналы многократного Жареного картофеля Органа, где они далее назрелись при течении специализированной культурной среды и применении механической стимуляции к каналам, чтобы подражать физиологическим подобным перистальтике движениям. Созревание эпителия в ворсинку эпителию, кишечника с долгими подобными пальцу расширениями способствовал человек co-культивирования капиллярные эндотелиальные клетки кишечника на противоположной стороне общей покрытой матрицей пористой мембраны в «сосудистом» канале, где они собрали суррогатный кровеносный сосуд с полым люменом, через который теклось кормление среды.
Таким образом, объединяя две из наиболее передовых технологий в области разработки ткани? культура organoid и Жареный картофель Органа? разрешенный поколение внутренних тканей и структур уровня органа, выровненных человеческими определенными для дарителя клетками с морфологией, составом и функцией, сильно напоминающей ту из области двенадцатиперстной кишки нормальной тонкой кишки. «Поскольку основной Чип Тонкой кишки резюмирует физическую микроокружающую среду, которую клетки испытывают в человеческом теле, таком как поток жидкости и циклические подобные перистальтике движения протяжения, это показывает профиль экспрессии гена всего генома, который прибывает ближе в в естественных условиях копия, чем та из тех же самых клеток кишечника, выращенных как 3D organoids», сказала первый автор Магдалена Касендра, доктор философии, бывший Постдокторант в команде Ингбера и теперь Основной Ученый из Emulate, Inc. в Бостоне.Наряду со стволовыми клетками кишечника, команда определила дифференцированное переваривание питательного вещества и поглощающий enterocytes, производящие слизь Бокаловидные клетки, укрытие гормона enteroendocrine клетки и регулирование микробиома и ощущающий ячейки Paneth, и они выполнили серию испытания, которое подтвердило их функции. Поскольку микроокружающая среда тонкой кишки может сохраняться в течение многих недель в непрерывно поливаемом Жареном картофеле Органа, они позволяют и короткие и долгосрочные исследования, наблюдения которых могут быть связаны назад со здоровьем и физиологией отдельных дарителей.
Команда Ингбера применяет тот же самый подход теперь к различным областям кишечника – двенадцатиперстной кишке, тощей кишке, подвздошной кишке, и двоеточию – чьи функции и слабые места болезни отличаются друг от друга. Этот подход также используется, чтобы перепроектировать еще более сложную окружающую среду пищеварительного тракта, объединяя другие типы клетки, такие как иммуноциты, нейронные клетки и комменсальные микробы в устройство. «В будущем такие усилия могли позволить нам намного лучше понимать взаимодействия человеческого микробиома, образцовые расстройства недоедания и воспалительные заболевания пищеварительного тракта, и выполнять персонализированный допинг-контроль», сказал co-first автор Алессио Товальери, Аспирант в Науке и технике Министерства здравоохранения в Швейцарской высшей технической школе Цюриха в Швейцарии, который выполняет его работу тезиса над командой Ингбера.
Дополнительные авторы на исследовании – Дэвид Брео, Доктор медицины, доктор философии, доцент в HMS и Научный сотрудник в Бостоне Детская Больница; Александра Сонтеймер-Фелпс, Сэсан Джалили-Фирузинежад, Амир Бейн, доктор философии, Анджелики Чалкиэдэки, доктор философии, и Вильгельм Шолль в Институте Wyss; Чэн Чжан, доктор философии, и Ху Ли, доктор философии, из Медицинского колледжа клиники Майо в Рочестере, Minesota; и Камилла Ричмонд, Доктор медицины, и Ханна Рикнер из Бостона Детская Больница. Это финансировалось Институтом Wyss Гарварда Биологически Вдохновленной Разработки, Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ, Институтом Ragon Центральной больницы Массачусетса, Массачусетского технологического института и Гарвардского университета, Национального Института Здоровья, и Билла и Фонда Мелинды Гейтс.